[os] ch.3 프로세스

프로세스

프로세스

• job이라고도 부른다.
• 실행 중인 프로그램
• 시분할 시스템에서의 작업의 단위

프로그램

• 명령어 리스트를 내용으로 가진 수동적인 (passive) 존재
• cf) 프로세스는 다음에 실행할 명령어를 지정하는 Program Counter, 관련 자원의 집합을 가진 능동적인 (active) 존재이다.

프로세스는 독립적이다.

• 텍스트 세션은 같을지라도 data, heap, stack은 다를 수 있다.
• ex) chrome 탭은 프로세스인가 스레드인가?
  • 브라우저 프로세스는 chrome이 실행 될 때 한번만 실행이 된다.
  • 하나의 탭이 고장난다고 해서 다른 탭이 고장나지 않으므로 프로세스이다. 각각의 탭은 서로 독립적인 존재이다. 각각의 탭마다 렌더러 프로세스가 생성이 된다.

프로세스 상태

• 하나의 처리기엔 하나의 프로세스만 실행중이어야 한다.

PCB (Process Control Block)

• 각 프로세스는 PCB에 의해 표현된다.
• 프로세스마다 달라지는 모든 정보를 저장한다.
• Program Counter : 다음 실행 할 명령어의 주소

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프로세스 스케쥴링

• CPU 이용률을 최대화 해야하기 때문에 항상 프로세스가 실행되는 것이 좋다.
• 프로세스 스케쥴러는 process중 하나를 선택한다.

Scheduling Queue

• 새로운 프로세스 생성 시 Job큐에 넣는다.
• Job 큐는 시스템의 모든 프로세스가 들어있고, 주 메모리에 존재한다.
• 준비 상태가 되면 Ready큐에 저장된다. 이는 연결리스트로 저장된다.
• CPU에서 자원을 할당 해 주면,
  • 입출력 요청 -> 입출력 큐 -> waiting -> ready 큐로 이동
  • 자식 프로세스 생성 후 대기 -> waiting -> ready 큐로 이동
  • 인터럽트로 CPU에서 제거
• 종료되면 큐에서 삭제되고, pcb와 자원 반납

스케쥴러

• 장기 스케쥴러
  • 메모리 내부의 프로세스 수 제어
  • new-> ready, running -> terminate
  • 메모리와 디스크 사이의 스케쥴링
• 단기 스케쥴러
  • 실행되는 프로세스들 제어
  • ready -> running -> waiting -> ready
  • 메모리와 cpu 사이의 스케쥴링
• 중기 스케쥴러
  • 다중 프로그래밍의 정도를 완화하기 위해 프로세스를 제거(swap-out)하고 완화된 후 다시 불러옴
  • 이를 swapping이라고 함

Context Switching

• 인터럽트 이후에 문맥을 복구하는 작업
• 이전의 프로세스 상태를 보관하고 새로운 프로세스의 보관된 상태를 복구하는 작업 필요. -> 순수한 오버헤드이다.

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프로세스에 대한 연산

프로세스 생성

• 부모, 자실 트리형식으로 프로세스 생성
• pid로 구별
• 프로세스가 자식 프로세스 생성 시
  • 부모, 자식 병행 실행하거나
  • 부모가 자식이 끝날 때까지 대기
• 주소 공간 측면에서는
  • 자식 프로세스는 부모의 복사본이거나
  • 자식 프로세스는 새로운 프로그램을 가진다.
• fork() 새로운 프로세스 생성
• exec() 실행

• wait() 대기

• pid < 0 오류
• pid == 0 자식
• pid > 0 부모

프로세스 종료

• 운영체제에 exit()호출을 사용해 종료 요청
• 상태값, 자원을 return 한다. -> 이 작업은 waiting 시에 실행 됨
• 부모가 자식을 삭제하는 경우
  • 할당된 자원을 초과 사용
  • Task가 불필요해짐
  • 부모 exit 후 자식 실행을 os에서 허용하지 않을 경우 -> 연쇄식 종료
• wait 호출이 되지 않았는데도 종료된 프로세스를 zombie 프로세스라고 한다.
• 모든 프로세스는 잠깐동안 zombie 프로세스가 된다. (exit->waiting 시의 갭 때문에)
• 그 외의 경우는 Orphan process(고아 프로세스)라고 한다.
• 이 경우 linux, unix에서는 Init 명령어로 프로세스들을 검사하면서 orphan 프로세스들을 제거한다.

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프로세스간 통신 (InterProcess Communication) a.k.a. IPC

• 독립적 or 협력적
• 협력적인 경우
  • 정보 공유가 필요한 경우
  • 계산 가속화가 필요한 경우
  • 모듈성이 필요한 경우
  • 편의성이 필요한 경우 (다중 task 실행)
• 이런 협력적인 프로세스들은 프로세스간 통신이 필요하다.

공유 메모리 시스템

• 공유 메모리를 구축하여, 프로세스가 이 영역을 공유한다.
• read, write를 사용하여 통신을 수행한다.
• 메시지 패싱 시스템과 달리 전달이 필요 없기 때문에 성능 측에서 더 낫다.
• OS의 관여 없이 통신 가능하다.
• 구현이 어렵다는 단점이 있다.
• 동기화 문제를 신경 써줘야 한다!
• ex) 데이터베이스

메시지 전달 시스템

• 공유되는 메모리 없이 커널을 경유하여 프로세스간 메시지를 전달할 수 있다.
• 동기화가 되어있다.
• 분산 네트워크 환경에서 유용하다.
• send, receive를 사용하여 통신을 수행한다.
• 구현하기 간단하다.

• 커널을 거치므로, 속도가 느리다는 단점이 있다.

• 통신 연결과 통신 구현 종류는 다음과 같다. #

  명명 (Naming)

• 간접통신과 직접 통신으로 나뉜다.

간접 통신

• Mailbox, Port
• 1:N으로 연결 될 수 있다.
• 1. 프로세스가 mailbox를 가지는 경우
     • 어떤 프로세스가 메시지를 받는지 신경 써야 한다.
     • 메일박스를 가지는 프로세스가 종료 될 경우 다른 프로세스가 삭제되었음을 알아야 한다.
• 1. 운영체제가 mailbox를 가지는 경우
     • 독립적으로 운영된다.

직접 통신

• 수신, 송신자 이름을 명시하여 연결한다.
• 1:1로 연결된다.

동기화

• blocking : 수신, 혹은 송신 완료 때까지 봉쇄
• non-blocking : 수신, 혹은 송신 완료 시 다른 작업 실행

버퍼링

• 메시지 큐 구현 방식
• 1. 무용량
     • 용량이 0이므로 봉쇄형이다.
     • 메시지가 들어오면 그 메시지를 pop 할 때까지 다른 메시지가 들어올 수 없음
• 1. 유한 용랑
     • 용량이 n이다.
     • 용량이 꽉 차기 전까지는 비봉쇄, 꽉 차면 봉쇄
• 1. 무한 용량
     • 비봉쇄

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클라이언트 서버 시스템에서의 통신

소켓

• 응용 프로그램 2개가 통신 시, 2개의 소켓이 만들어지고 통신 채널 양단에 하나씩 배정 됨

원격 프로시저 호출

• 한 프로세스가 원격지의 프로시저를 호출할 때 사용

파이프

일반 파이프

• 생산자 - 소비자 형태
• 단방향 통신만 지원
• 관련된 프로세스만 공유 가능

지명 파이프

• 좀 더 강력한 통신
• 부모 - 자식X
• 양방향
• 반이중
• 모든 프로세스 공유 가능